余 蘭，王浩然，張 瑩，邢紅運，丁 琪，趙寶珍，崔 娜,2

（1沈陽農業(yè)大學生物科學技術學院，沈陽 110866；2沈陽農業(yè)大學設施園藝省部共建教育部重點實驗室，沈陽 110866）

0 引言

表皮毛是植物表面的毛狀突起結構[1]，長度由幾微米到幾厘米不等，廣泛分布于植物的地上部分，如莖、葉柄、葉片、萼片等表面[2]。研究表明不同物種間表皮毛的形態(tài)、密度和功能都存在顯著差異[3]，且在同一植物的不同發(fā)育時期，表皮毛的發(fā)生與分布也受到嚴格的時空調控。比如黃時鐘花不同生長階段其表皮毛密度不一樣，幼苗生長期、營養(yǎng)生長期、生殖生長期表皮毛密度逐漸增加[4]。盡管表皮毛在不同物種間和同一植株的不同時期的分布和類型有差異，但其作為植物與外界接觸的第一道關鍵化學與物理屏障可保護植物免受外界各種生物脅迫（防御食草動物、寄生蟲、真菌感染）[5-10]和非生物脅迫（抗旱保水、抗寒、抗強光輻射）[11-13]。例如對樺樹的研究發(fā)現，霜凍誘導樺樹表皮毛密度迅速增加，從而增加其對低溫的適應性[14]。研究表皮毛與害蟲之間的關系時發(fā)現，以十字花科為食的甲蟲幼蟲在表皮毛密度大的擬南芥葉片上生長較慢，產卵能力低[15]。這些均說明表皮毛在植物生長發(fā)育過程中扮演著重要角色。

研究指出表皮毛由一個或多個特化的表皮細胞發(fā)育形成，根據成熟表皮毛組成細胞數可分為單細胞表皮毛和多細胞表皮毛[1]。單細胞表皮毛為無腺體表皮毛（非腺毛），其表面多有分支；而多細胞表皮毛可分為無腺體毛和有腺體毛（腺毛），其中腺毛又分為多腺體毛和單腺體毛[16]。

擬南芥表皮毛是典型單細胞表皮毛的代表，近幾年來其生長發(fā)育分子調控機制已經闡述的較為清楚。擬南芥表皮毛生長發(fā)育主要由WD40-bHLH-MYB復合體控制，其途徑在單細胞表皮毛發(fā)育調控中保守。這種復合物由3種不同類型的轉錄因子組成，R2R3-MYB轉錄因子GL1、bHLH蛋白GL3及EGL3、WD40蛋白TTG1[17-19]。當形成WD40-bHLH-MYB活性復合物時，誘導GL2和細胞周期相關基因SIAMESE表達進而激活表皮毛的分化[20-22]。而當幾個R3類MYB轉錄因子TRY、CPC、ETC1、TCL與GL1競爭結合W40-bHLH時，WD40-bHLH-MYB復合物失活并積累，進而抑制表皮毛的形成[18,22-23]。此外，植物激素，如赤霉素、細胞分裂素和茉莉酸等在擬南芥表皮毛的形成和發(fā)育中也發(fā)揮重要作用[24]。除單細胞表皮毛外，絕大多數陸生植物的表皮毛為多細胞表皮毛，如番茄、煙草、矮牽牛。研究表明WD40-bHLH-MYB復合物基因在番茄、煙草和矮牽牛中異位表達不能減少或增加表皮毛的形成，這表明多細胞表皮毛的形成可能與單細胞表皮毛的調控途徑不同[25-28]。

番茄(Solanumlycopersicum)是重要的蔬菜作物，表皮毛是典型的多細胞結構，其表皮毛形態(tài)各異且種類豐富，目前已成為研究多細胞表皮毛發(fā)生機理的重要模式植物[19,29]。番茄表皮毛分為非腺毛與腺毛，非腺毛可以為植株提供強有力的物理防御，而腺毛則可通過分泌強毒性次生代謝物質，如蛋白酶抑制劑、酰基糖、萜類和生物堿等抵御生物和非生物脅迫[6,8-9,11,13,30]。研究表明番茄表皮毛主要受HD-Zip第Ⅳ亞族、C2H2、R2R3-MYB、bHLH等基因家族轉錄因子的調控[31]。屬于R2R3-MYB亞家族的SlMX1下調降低番茄腺毛的密度，過表達密度則增加[32]。此外HD-ZIPIV轉錄因子woolly(Wo)，可增強I型表皮毛的起始，Wo顯性突變體植株的I型表皮毛密度增加，而沉默株系表皮毛的密度顯著降低[33]。番茄表皮毛除受多種轉錄因子的調控外，還受JA、IAA、GA植物激素信號的調控[34-36]。其中特別是茉莉酸(JA)信號可誘導腺毛的起始，尤其是表皮毛次生代謝物質萜類的分泌也受到JA信號途徑的調控[37]。雖JA信號可誘導表皮毛的生長發(fā)育，但其詳細的分子調控機制仍待深入解析。因此本文綜述了JA信號通路對番茄表皮毛次生代謝物質萜類調控的分子機理，為進一步探明番茄表皮毛腺體分泌機制奠定基礎，對探究植物防御反應有重要的理論和實踐意義。

1 番茄表皮毛內含物的種類

番茄的表皮毛有兩大類8種類型，分為腺體型表皮毛（腺毛，Ⅰ型、Ⅳ型、Ⅵ型和VII型）和非腺體型表皮毛（非腺毛，II型、III型、V型和VIII型）[38]。不同種番茄具有的表皮毛類型不同，其中普通栽培型番茄(Solanumlycopersicum)主要有Ⅰ、III、V、VI、VII、VIII型等6種類型，多毛番茄(S.hirsutum)則有I、III、IV、V、VI、VII等6種類型[38-41]。

作為番茄植株與外界接觸的第一道關鍵屏障，表皮毛可以感受外界環(huán)境的細微壓力并誘導一系列防御反應[42-44]。目前研究較多的是腺毛的物質代謝在番茄抵抗生物脅迫方面發(fā)揮的作用。I型和IV型表皮毛是?；堑膩碓碵45]。VI型表皮毛可產生萜類化合物、黃酮類化合物和甲基酮類化合物，并將產物儲存在中間細胞和莖頂頭部4個腺體細胞的蠟質角質層下的空腔[8,31,46-47]。在野生番茄中，VI型腺體毛能產生大量的揮發(fā)性單萜和倍半萜，而在栽培番茄中的VI型表皮毛主要積累單萜類[48]。值得注意的是，番茄中的揮發(fā)性萜類，代表最大和最多樣化的植物揮發(fā)性代謝物，對植物的防御反應有極大貢獻，如：對草食動物具有驅避性或毒性、可吸引攻擊昆蟲的食肉動物或寄生蟲等[49]。

有研究指出，番茄葉片的表皮毛內有揮發(fā)性內含物單萜11種，倍半萜2種；莖表皮毛中含有單萜10種，倍半萜2種。葉片和莖中共有的單萜類有6種，倍半萜類1種[50]（見表1）。所以葉和莖的防御機制可能存在差異。

表1 番茄葉片和莖部表皮毛內揮發(fā)性萜類物質的種類

2 MYCs調節(jié)番茄表皮毛萜類化合物分泌的機制

植物激素茉莉酸是植物應對非生物（臭氧暴露、物理損傷、缺水）和生物脅迫（病原體和害蟲攻擊）的中樞調節(jié)因子[51-53]。JA信號核心激活組分為basic helixloop-helix(bHLH)IIIe亞家族轉錄因子MYCs[54-58]，阻遏子則為Jasmonate ZIM結構域蛋白JAZs[59-62]。

近期有研究表明，JA信號作為番茄表皮毛的正向調節(jié)途徑，對表皮毛腺體內次生代謝物的積累及相關基因的轉錄激活都有促進作用[63-67]。當外施MeJA后，VI型表皮毛數量顯著增加以及掌控VI型表皮毛化感物質合成的萜烯合成酶(SlTPSs)的轉錄被激活[56]。與之相反，在JA水平降低或JA受體突變體和JA生物合成突變體中，SlTPSs基因的表達量顯著下調[68-71]。在JA誘導后，JA響應性標記基因Jasmonate-inducible protein-21在莖葉表皮毛中高表達。很顯然，JA及其衍生物在調節(jié)VI型腺毛的發(fā)育和內含物積累中起著重要的作用。

2.1 SlMYC1對番茄表皮毛萜類化合物的調控

SlMYC1作為響應JA信號的轉錄因子，對番茄IV、VII型表皮毛尤其是VI型表皮毛發(fā)育起到了至關重要的作用[56]。當SlMYC1突變后，番茄莖葉IV型和VII型表皮毛數量顯著升高，VI型表皮毛缺失。而SlMYC1沉默后則不影響莖葉IV型與VII型表皮毛的形態(tài)和數量，但對VI型腺毛形態(tài)有顯著影響，如腺體莖縮短、腺體直徑變小、不規(guī)則分裂生成5球，并且VI型表皮毛中β-caryophyllene和α-humulene顯著下降。

SlMYC1對表皮毛的次級代謝產物積累和其生物合成基因SlTPSs的轉錄激活起至關重要的作用[56]。SlMYC1通過激活莖中單萜合成酶基因(Monoterpene synthase genes，SlTPS3、SlTPS5、SlTPS20、SlTPS39)和倍半萜合成酶基因(Sesquisterpen Esesquiterpene synthase genes，SlTPS9、SlTPS17、SlTPS31)的轉錄和葉中SlTPS5、SlTPS9、SlTPS20的轉錄，促進莖表皮毛中α-pinene、2-carene、α-phellandrene、α-terpinene、ρcymene、β-ocimene、γ-terpinene、terpinolene、βphellandrene、D-limonene和葉表皮毛中α-pinene、2-carene、α-phellandrene、α-terpinene、β-ocimene、βcaryophyllene和α-humulene的積累。同時，SlMYC1通過抑制莖表皮毛中β-caryophyllene/α-humulene倍半萜合成酶基因SlTPS12轉錄進而抑制β-caryophyllene和α-humulene在莖表皮毛中積累。與之相反，SlMYC1則激活葉中SlTPS12的轉錄，進而促進βcaryophyllene和α-humulene在葉中積累。值得注意的是，β-caryophyllene和α-humulene通常產自葉表皮毛，而不是莖表皮毛[52]，這與SlMYC1抑制莖中SlTPS12轉錄并激活葉中SlTPS12轉錄結果一致[47]。

在JA誘導后，SlMYC1基因沉默后植株莖的VI型腺毛被誘導增加。但SlMYC1突變后，JA處理無法誘導SlTPS5和SlTPS3的表達且無法恢復VI型表皮毛缺失的表型。這說明JA信號是通過SlMYC1調節(jié)番茄表皮毛的發(fā)育。SlMYC1的過表達未改變葉片VI型腺毛的形態(tài)，這表明SlMYC1是通過蛋白功能（激活靶基因轉錄）來促進番茄IV、VI、VII型表皮毛的生成和內含物萜類的積累。

2.2 SlMYC2對番茄表皮毛萜類化含物的調控

同屬bHLH IIIe轉錄因子SlMYC2也是表皮毛發(fā)育的重要組分，如VI型腺毛。當SlMYC2突變后，VI型腺毛顯著減少，但SlMYC2過表達卻不能促進SlTPSs的表達和VI型表皮毛發(fā)生[56]。此外，SlMYC2調控的JA合成基因TomLoxD突變后，番茄葉上的I型和VI型表皮毛密度顯著下降，同時葉上的VI型表皮毛內的單萜類（α-pinene、α-myrecene、2-carene、αphellandrene、α-phellandrene和limonene）和倍半萜（αelemene、α-caryophyllene和α-humulene）顯著減少[56]。由此表明，SlMYC1/2轉錄后翻譯修飾的蛋白能正常行使功能才是JA信號調節(jié)表皮毛發(fā)育的關鍵，而不是簡單的轉錄水平積累（調控機制模式圖見圖1）。

圖1 SlMYC1/2對番茄表皮毛萜類化含物調控機制的模式圖

3 展望

表皮毛是陸生植物表面廣泛存在的一種結構，根據不同分類方式可分為不同的類別。其中具有分泌功能的腺毛是比較特殊且重要的表皮毛，不僅起物理防御作用，還能通過腺體分泌次生代謝物質進行化學防御，此外一些植物腺毛分泌物還有重要的藥用價值，比如青蒿的表皮毛可以分泌青蒿素用于治療瘧疾[72]。因此對腺毛的研究尤為重要。但就近年的研究發(fā)現，對于多細胞表皮毛的研究還不夠深入，主要存在以下不清晰的地方。

（1）研究提出JA信號可以通過SlMYC1和SlMYC2協(xié)同調節(jié)SGAs的轉錄激活，證明SlMYC1和SlMYC2存在著功能重疊[73]，但JA信號是否通過SlMYC1和SlMYC2協(xié)同激活表皮毛發(fā)生基因，進而調控表皮毛內含物的分泌，尤其是萜類內含物的分泌和積累，仍有待深入研究。

（2）分泌型表皮毛腺毛在不同類型表皮毛中占據重要地位，但目前研究認為除了SlMYC1只調控腺毛的生長發(fā)育外，其余調控因子影響多細胞表毛外還會影響單細胞表皮毛，因此特異影響多細胞表皮毛的調控因子還有待進一步探索。

（3）雖然近年來對多細胞表皮毛的調控機制研究有很多突破，但主要集中在番茄及青蒿上，且還有很多機制未形成完整的網絡，所以后期研究可以覆蓋不同的物種多方面探索多細胞表皮毛的調控網絡。

（4）表皮毛可保護植物免受生物與非生物脅迫的影響，但就表皮毛與脅迫之間的關系研究不夠，表皮毛與脅迫之間關系的探究對于選種育種具有重要價值。